全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝选型

第4期全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝选型
潮　阳,卜宜才,施　莹
[佳通轮胎(中国)研发中心,安徽合肥　231202]
摘要:分析全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝选型的影响因素。

分析表明,胎圈钢丝发展趋势为高强度、大直径钢丝,但注重轮胎抗冲击、耐疲劳性能时普通强度、小直径钢丝效果更好一些;胎圈钢丝选型时应综合考虑轮胎使用条件、整体性能、成本和市场等因素。

关键词:全钢载重子午线轮胎;胎圈钢丝
中图分类号:U463.341+.3;TQ330.38+9 文献标识码:B 文章编号:100628171(2007)0420235203
作者简介:潮阳(19672),男,安徽安庆人,佳通轮胎(中国)研发中心高级工程师,学士,主要从事轮胎设计和技术管理工作。

胎圈钢丝是轮胎的骨架材料之一,通常通过
计算安全倍数和成本进行选型。

这两项指标与胎圈钢丝的材质和直径密切相关。

1　钢丝直径与破断力
胎圈钢丝是用直径5～5.5mm 的盘元冷拉而成,在拉拔过程中直径变化产生的冷硬化及热处理过程导致成品直径越小,破断强度越高,所使用盘元的材质(N T ,H T ,SH T )也决定了成品的破断强度。

图1所示为钢丝破断力与钢丝直径和盘元材质的关系,图2所示为钢丝破断强度与钢丝直径和盘元材质的关系。

图1和2是依据钢丝供应商提供的产品标准分析得到的,由于钢丝供应商提供的标准中钢丝直径为非连续系列,因此利用已有数据分别进行了破断力和破断强度与钢丝直径、钢丝截面积的回归分析,发现用钢丝直径与破断力进行线性回归所得数据与供应商的产品标准相关性较好,见表1。

总结破断强度(S )和破断力(F )近似计算公式如下:
S H =2288.326-153.077D S N =2079.62-191.264D
F =
πSD 2
4
式中,D 为钢丝直径(mm );S H 和S N 分别为高强度和普通强度钢丝破断强度。

单纯分析图2
可以
图1　破断力与钢丝直径的关系曲线
盘元材质:1—N T ;2—H T。

图2　破断强度与钢丝直径的关系曲线
注同图1。

得出使用高强度细钢丝替代普通强度粗钢丝做胎圈钢丝是一个好的选择,在相同安全倍数下可以
减小胎圈钢丝质量,降低材料成本。

2　性价比分析
为得到最优结果,在实际使用中需要考虑不同直径钢丝的价格差异,相同安全倍数下不同材
5
32潮　阳等1全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝选型
表1　钢丝破断力计算值与供应商标准值对比
项 目
N T钢丝直径/mm
0.90 1.42 1.55 1.65 2.00
H T钢丝直径/mm
0.90 1.30 1.55 1.60 2.00 2.20
破断力计算值/N12132863336537725332136827733870410962277419破断力标准值/N12002880352536805260135027953900415061257425相对误差/% 1.08-0.59-4.54 2.50 1.37 1.33-0.79-0.77-0.99 1.66-0.08
质、直径胎圈钢丝性价比分析见表2。

从表2可以看出,使用高强度胎圈钢丝比普通强度钢丝更经济;相同材质下钢丝直径的经济性需要具体分析,同时考虑价格因素,发现细钢丝未必经济。

以上只是从材料直接成本进行考虑,实际使用中还需考虑加工成本。

使用粗钢丝时,钢丝圈所用钢丝根数减少,钢丝圈缠绕效率提高,加工成本降低。

表2　不同材质、直径胎圈钢丝性价比分析
项 目
钢丝直径/mm
1.30 1.55 1.55 1.65 1.83 1.83
材质H T N T H T N T N T H T 破断力/N277333653870377245495282
破断强度/(N・mm-2)20891783
2051176417302008
线密度/(g・m-1)10.35314.71814.71816.67820.51620.516材料用量指数84998610010288材料单价指数11510211210098108材料成本指数971019610010095
3　市场因素
图3所示为1987～2005年4家主要国外轮胎公司在北美市场销售的中型载重子午线轮胎胎圈钢丝情况。

从图3可以看出,C公司和D公司一直使用直径1.55～1.63mm的胎圈钢丝,而A 公司和B公司钢丝直径发生了变化,都从小直径转换到直径1.83mm的胎圈钢丝。

为反映直径变化的影响,以北美市场主要规格295/75R22.5轮胎分析A公司钢丝直径变化情况,见表3。

从表3数据看,使用新钢丝后质量基本没有发生变化,胎圈钢丝成本下降约3%,而总破断力
图3　近年北美市场轮胎不同直径胎圈钢丝使用情况○—A公司;●—B公司;■—C公司;□—D公司。

表3　A公司295/75R22.5轮胎胎圈钢丝变化情况项 目新钢丝原钢丝新/原比值钢丝直径/mm 1.83 1.52
钢丝根数45650.69
单丝截面积/mm20.8370.578
总截面积/mm237.6837.541
单根破断力/N52823730
总破断力/N2376902424500.98
钢丝质量/kg 3.40 3.391
成本指数971000.97
也下降约2%,使用新钢丝对降低成本似乎没什么意义,因为通过减少原有钢丝根数也可以达到同样效果,因此成本不是导致钢丝直径变化的原因。

考虑到北美市场以无内胎产品为主,并且轮胎使用都较规范,因此又选择A公司在中国大陆生产和销售的有内胎轮胎分析,发现胎圈钢丝是直径为1.55mm的N T钢丝,也就是说,同一家公司在相同时期,针对不同市场使用不同的胎圈钢丝,因此笔者认为在成本因素以外还有其它因素决定了胎圈钢丝的选用。

欧美市场的特点是主要使用无内胎轮胎,用户在标准负荷和标准速度条件下使用轮胎,强调性价比和轮胎均匀性;而中国大陆用户是把子午线轮胎当作耐超载轮胎使
632轮　胎　工　业 2007年第27卷
第4期
用,普遍希望轮胎“多拉快跑”。

这两个市场一个强调均匀性,一个强调耐超载性,因此分别从均匀性和耐超载性方面进行分析。

胎圈钢丝对轮胎均匀性的影响主要体现在椭圆度指标上,钢丝圈椭圆度影响两钢丝圈间胎体帘线长度和反包高度,即由于椭圆度的存在,在轮胎整周上两钢丝圈间胎体帘线长度是变化的,在椭圆长轴处两钢丝圈间胎体帘线长度大、反包高度低,同时此处胎体帘线伸张也小,进而影响动平衡和充气后胎侧外表平整性。

为评价胎圈钢丝对轮胎均匀性的影响,取2m不同材质和直径的胎圈钢丝,弯成圆形并对焊上,分别在焊接点和与焊接点呈90°位置垂直悬挂,测量其椭圆度,结果见表4。

椭圆度定义为测量圆周上相互垂直的两处直径的差值,其中有一处直径过焊接点。

在悬挂试验中取悬挂点在焊接点90°位置是为了避开焊接导致的局部强化影响。

在此处测得
表4不同胎圈钢丝的钢丝圈椭圆度mm
位置
钢丝规格
1.83
H T
1.65
N T
1.55
H T
1.50
H T
1.42
N T
1.20
N T
0.95
N T
111910103136
231273433295960 36131218252652
注:位置1—平放;位置2—悬挂点在焊接点;位置3—悬挂点在焊接点90°位置。

的数据显示,随钢丝直径增大,椭圆度减小,因此A公司和B公司胎圈钢丝直径增大是因为其关注轮胎的均匀性。

胎圈钢丝对轮胎超载性能的影响主要体现在扭转次数和根数上,钢丝的扭转次数反映抗冲击和耐疲劳性能,1.3N T,1.6N T,1.65N T,1.83 N T,1.3H T,1.6H T和1.83H T钢丝的扭转次数(长度为10m)分别为25,22,20,18,22,20和14。

可以看出,随钢丝直径增大,扭转次数减小;在相同直径时,高强度钢丝的扭转次数低于普通强度钢丝。

因此,以钢丝的扭转次数为依据,为提高耐超载性能,胎圈钢丝应该使用普通强度细钢丝。

另外,使用普通强度细钢丝时,由于单根钢丝破断力小,相应钢丝根数要增加,总体可靠性相应提高,因此A公司在中国大陆生产和销售的有内胎全钢子午线轮胎胎圈钢丝使用直径1.55mm的N T钢丝。

4　结语
综上所述,胎圈钢丝选型时,不仅仅考虑安全倍数和成本,还需要与轮胎整体性能相匹配。

胎圈钢丝选型是配合整个轮胎的设计理念,针对具体使用条件进行选择,追求均匀性时可以使用高强度粗钢丝,强调抗冲击、耐疲劳性能时用普通强度细钢丝效果较好。

收稿日期:2006210212
用废轮胎胶粒过滤废水
中图分类号:X78313 文献标识码:D
英国《轮胎与配件》2006年12期25页报道: 美国宾州哈里斯堡大学环境工程教授谢岳峰博士开发了一种使用废胶粒过滤水的方法。

谢博士说,用废轮胎制造的胶粒可以用作过滤介质,用于处理废水、船仓镇重水和雨水。

在传统废水过滤器中,通常采用以沙子或硬煤作介质的靠重力向下流动的粒状滤子。

使用这类滤子的一个主要问题是,在反冲这些粒子时较大粒子的沉落速度比较小粒子快,这样会使滤床顶部布满了最小的介质粒子,而底部则布满了最大的介质粒子,那些顶部的小介质粒子往往很快造成堵塞。

谢博士在研究中证明,废胶粒不是一种刚性材料,它很容易弯曲和压缩。

通过废胶粒可以除去滤床顶部较大的固体和底部较小的固体,大大减少了堵塞问题。

与沙和硬煤过滤器相比,废胶粒过滤器成本要低得多,因为废胶粒过滤水的速度要快得多,而且其质量较小。

废胶粒过滤器还可以用作救灾作业的移动水处理装置。

由于废胶粒是可压缩的,粒子间的孔隙可减小到理想的过滤介质构型,然后便可以提高过滤速度,而其功能类似于其它现有介质。

废胶粒可以提高废水处理质量,加快处理速度和延长过滤器使用寿命。

(涂学忠摘译)
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潮　阳等1全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝选型。